一种测量酸性环境中氢对金属应力腐蚀开裂影响程度的方法技术

本申请公开了一种测量酸性环境中氢对金属应力腐蚀开裂影响程度的方法，属于电化学技术领域。该方法包括以下步骤：分别在酸性环境和空气环境中进行慢应变速率拉伸实验，确定酸性环境对金属试样机械性能的损伤程度；测量酸性环境中金属试样的氢渗透曲线，得到稳态氢渗透电流密度；对金属试样进行电化学阴极充氢，获得步骤S2稳态氢渗透电流密度对应的阴极充氢电位，并在该阴极充氢电位下对金属试样进行充氢

【技术实现步骤摘要】
一种测量酸性环境中氢对金属应力腐蚀开裂影响程度的方法


[0001]本申请涉及一种测量酸性环境中氢对金属应力腐蚀开裂影响程度的方法，属于电化学


技术介绍

[0002]应力腐蚀是最常见、危害最大的腐蚀失效形式之一，在酸性介质环境中金属表面会发生腐蚀析氢反应，氢的渗入和腐蚀都可能对金属的力学性能造成损伤，根据起主导作用的因素将应力腐蚀开裂机理分为阳极溶解型和氢致开裂型。
[0003]金属在某一环境中的应力腐蚀开裂程度倾向于采用应力腐蚀敏感性来评估，其通常为氢、腐蚀单独作用或二者相互耦合作用的结果；由此将应力腐蚀敏感性划分为三部分，一是进入金属试样的氢引起的性能损失，二是阳极溶解引起的性能损失，三是氢和阳极溶解耦合引起的性能损失，因此判断应力腐蚀开裂的类型可以通过各部分的影响占比来评价。
[0004]目前，通常采用慢应变速率拉伸试验获得应力腐蚀敏感性，其结果为总的应力腐蚀敏感性，并不能得到具体某一部分的贡献程度。在这之中，腐蚀起的作用是不可忽略的，然而氢对应力腐蚀是否有影响以及影响程度我们不得而知；而表征氢的影响需要将腐蚀带来的影响屏蔽；目前，充氢而不导致腐蚀方法有两个，一是充入纯氢气，二是采用电化学阴极充氢的方法，如何充入与腐蚀渗入金属相等量的氢是亟待解决的技术问题；此外，充氢气具有一定的危险性，操作极为麻烦。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，提供了一种测量酸性环境中氢对金属应力腐蚀开裂影响程度的方法，该方法可以定量表征出酸性环境中阴极反应析出氢对金属应力腐蚀开裂的影响占比，为解析酸性环境中金属应力腐蚀开裂的控制机制提供理论依据。
[0006]本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0007]一种测量酸性环境中氢对金属应力腐蚀开裂影响程度的方法，包括以下步骤：
[0008]S1、分别在酸性环境和空气环境中进行慢应变速率拉伸实验，获得两种环境中金属试样的应力
‑
应变曲线，确定酸性环境对金属试样机械性能的损伤程度；
[0009]S2、测量酸性环境中金属试样的氢渗透曲线，得到稳态氢渗透电流密度；
[0010]S3、对金属试样进行电化学阴极充氢，在实现充氢的同时消除阳极溶解的影响，测量氢渗透曲线，获得步骤S2稳态氢渗透电流密度对应的阴极充氢电位，并在该阴极充氢电位下对金属试样进行充氢
‑
拉伸测试，获得相应的应力
‑
应变曲线，确定酸性环境中阴极反应析出氢对金属试样机械性能的损伤程度；
[0011]S4、根据步骤S1酸性环境对金属试样机械性能的损伤程度和步骤S3酸性环境中阴极反应析出氢对金属试样机械性能的损伤程度，确定酸性环境中阴极反应析出氢对金属试样应力腐蚀开裂的影响程度。
[0012]可选地，步骤S1中以在空气环境中的拉伸性能参数作为基准，结合酸性环境中的拉伸性能参数，确定金属试样在酸性环境中的应力腐蚀开裂敏感性。
[0013]可选地，基于拉伸前后金属试样的断面面积，通过公式(1)计算金属试样的断面收缩率ψ：
[0014][0015]其中，S0和S1分别为金属试样断裂前后标矩段横截面面积。
[0016]可选地，基于金属试样在空气环境和酸性环境中的断面收缩率ψ，采用公式(2)计算金属试样在酸性环境中的应力腐蚀开裂敏感性因子I
ψ
，这里的I
ψ
为酸性环境中阳极溶解和阴极反应析出氢共同对金属试样应力腐蚀开裂的影响：
[0017][0018]其中，ψ
a
和ψ
i
分别为金属试样在空气环境和酸性环境中的断面收缩率。
[0019]可选地，通过Devanathan
‑
Stachurski双面电解池测量酸性环境中金属试样的氢渗透曲线，充氢侧盛装有酸性介质，测氢侧为装载电化学测试三电极和NaOH溶液的电解池；在此NaOH溶液的浓度可以根据需要确定。
[0020]根据能否在酸性环境中检测到明显的氢渗透电流，确定金属腐蚀阴极反应产生的氢原子是否渗透进入金属内部，氢渗透电流密度稳定段数据即为金属在酸性环境中的稳态氢渗透电流密度。
[0021]可选地，步骤S3中对金属试样进行电化学阴极充氢的具体步骤为：
[0022]首先，采用电化学工作站在NaCl溶液中测量金属试样的阴极极化曲线，确定阴极充氢电位范围；然后，采用阴极充氢
‑
氢渗透测试装置对金属试样进行电化学阴极充氢，充氢侧为NaCl溶液，测氢侧为NaOH溶液，得到不同阴极充氢电位下的氢渗透曲线，并获得不同阴极充氢电位下金属试样的稳态氢渗透电流密度，根据步骤S2稳态氢渗透电流密度获得对应的阴极充氢电位；在此NaCl和NaOH溶液的浓度可以根据需要确定。
[0023]可选地，阴极充氢电位范围为
‑
1000mV～
‑
750mV，稳态氢渗透电流密度的稳定时间在1500s以上。
[0024]可选地，步骤S3中对金属试样进行充氢
‑
拉伸测试的具体步骤为：
[0025]采用电化学阴极充氢
‑
慢应变速率拉伸测试装置，在步骤S2稳态氢渗透电流密度对应的阴极充氢电位下对暴露于NaCl溶液中的金属试样进行充氢
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拉伸测试，获得相应的应力
‑
应变曲线，通过对比空气、阴极充氢和酸性环境中的应力
‑
应变曲线，可以确定酸性环境中阴极反应析出氢对金属机械性能的损伤程度；根据公式(1)计算得到阴极充氢下金属试样的断面收缩率，基于空气中金属试样的断面收缩率和公式(2)，计算得到阴极充氢下金属试样的应力腐蚀开裂敏感性因子。
[0026]可选地，通过公式(3)计算酸性环境中阴极反应析出氢对金属试样应力腐蚀开裂的影响程度C
HE
：
[0027][0028]其中，I
SCC
为酸性环境中金属试样应力腐蚀开裂敏感性因子，I
HE
为酸性环境中阴极反应析出氢渗透单独造成的金属试样应力腐蚀开裂敏感性因子。
[0029]可选地，所述金属试样为管线钢。
[0030]需要注意的是，本申请获得的氢的影响程度仅为氢渗透的单独影响，不包括阳极溶解和氢渗透之间可能存在协同作用的影响。
[0031]本申请的有益效果包括但不限于：
[0032]本申请的测量酸性环境中氢对金属应力腐蚀开裂影响程度的方法，利用电化学阴极充氢的方法模拟出酸性环境的氢渗透，可以达到腐蚀充氢的效果；将电化学阴极充氢与慢应变速率拉伸相结合，得到酸性环境中阴极反应析出氢渗透单独造成的金属应力腐蚀开裂(SCC)敏感性(氢脆)因子，与酸性环境中金属应力腐蚀开裂敏感性因子进行对比，即可定量表征出酸性环境中阴极反应析出氢对金属应力腐蚀开裂的影响占比。
[0033]2.本申请的测量酸性环境中氢对金属应力腐蚀开裂影响程度的方法，通过慢应变速率拉伸实验确定金属在酸性环境中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量酸性环境中氢对金属应力腐蚀开裂影响程度的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、分别在酸性环境和空气环境中进行慢应变速率拉伸实验，获得两种环境中金属试样的应力
‑
应变曲线，确定酸性环境对金属试样机械性能的损伤程度；S2、测量酸性环境中金属试样的氢渗透曲线，得到稳态氢渗透电流密度；S3、对金属试样进行电化学阴极充氢，同时测量氢渗透曲线，获得步骤S2稳态氢渗透电流密度对应的阴极充氢电位，并在该阴极充氢电位下对金属试样进行充氢
‑
拉伸测试，获得相应的应力
‑
应变曲线，确定酸性环境中阴极反应析出氢对金属试样机械性能的损伤程度；S4、根据步骤S1酸性环境对金属试样机械性能的损伤程度和步骤S3酸性环境中阴极反应析出氢对金属试样机械性能的损伤程度，确定酸性环境中阴极反应析出氢对金属试样应力腐蚀开裂的影响程度。2.根据权利要求1所述的测量酸性环境中氢对金属应力腐蚀开裂影响程度的方法，其特征在于，步骤S1中以在空气环境中的拉伸性能参数作为基准，结合酸性环境中的拉伸性能参数，确定金属试样在酸性环境中的应力腐蚀开裂敏感性。3.根据权利要求2所述的测量酸性环境中氢对金属应力腐蚀开裂影响程度的方法，其特征在于，基于拉伸前后金属试样的断面面积，通过公式(1)计算金属试样的断面收缩率ψ：其中，S0和S1分别为金属试样断裂前后标矩段横截面面积。4.根据权利要求3所述的测量酸性环境中氢对金属应力腐蚀开裂影响程度的方法，其特征在于，基于金属试样在空气环境和酸性环境中的断面收缩率ψ，采用公式(2)计算金属试样在酸性环境中的应力腐蚀开裂敏感性因子I
ψ
：其中，ψ
a
和ψ
i
分别为金属试样在空气环境和酸性环境中的断面收缩率。5.根据权利要求1所述的测量酸性环境中氢对金属应力腐蚀开裂影响程度的方法，其特征在于，通过Devanathan
‑
Stachurski双面电解池测量酸性环境中金属试样的氢渗透曲线，充氢侧盛装有酸性介质，测氢侧为装载电化学测试三电极和NaOH溶液的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙冲，闫翔林，丁天聪，孙建波，赵卫民，林学强，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：